生化知识总结

蛋白质1.蛋白质的元素组成：碳氢氧氮硫，有些含磷和其他金属元素如铁锰钴镍铜锌2.蛋白质含量：细胞干重的百分之五十以上3.凯氏定氮法的基础：蛋白质中氮含量接近16%。凯氏定氮法公式：蛋白质含量=含氮量×100/164.蛋白质分子量：几千到几十万氨基酸1.氨基酸碳原子编号：方法①:羧基碳原子编号为C-1，侧链碳原子依次编号为C-2，C-3...方法②：与羧基相连的碳原子标记为α-碳（中心碳原子），侧链基团的其他碳原子依次编号为β、γ、等2.氨基酸分类：①R基团为非极性的氨基酸：②R基团为极性不带电荷的氨基酸（较易溶于水）特殊氨基酸：甘氨酸（不含手性碳），脯氨酸（唯一的亚氨基酸），半胱氨酸（巯基氧化形成二硫键，二硫键可以在一条肽链内形成折叠，也可以在两条肽链间形成连接）③R基团带电荷的氨基酸酸性氨基酸（生理条件下给出质子，自身带负电荷）碱性氨基酸（生理条件下获得质子，自身带正电荷）其他氨基酸分类方式：分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环氨基酸；分为必需氨基酸和非必需氨基酸5.蛋白质中的稀有氨基酸：概念：遗传密码只对应20种氨基酸，但蛋白质中还有很多种其他氨基酸，是翻译后经过加工而来，称为蛋白质的稀有氨基酸。两种重要的稀有氨基酸：4-羟基脯氨酸和5-羟基赖氨酸（是哺乳动物体内最丰富的蛋白质胶原蛋白的组成成分）N-甲酰甲硫氨酸是所有原核生物肽链N端的第一个氨基酸。蛋白质中稀有氨基酸的存在会影响蛋白质的溶解性、稳定性以及与其他蛋白质的相互作用，从而使蛋白质的功能更加丰富。第二十一种氨基酸：硒代半胱氨酸。是丝氨酸的衍生物（硒代氧），是在蛋白质合成时进入肽链而非在肽链合成后修饰形成。它有自己的密码子和tRNA.某些古菌中还有第23种氨基酸。6.非蛋白质氨基酸：非蛋白质氨基酸是常见氨基酸的衍生物，所以大多也是L-α-氨基酸（细菌蛋白、抗生素蛋白、放线菌素蛋白含有一些D-氨基酸），不参与蛋白合成但具有广泛的生理功能如毒蛋白、生化反应的前体或中间产物、植物抗逆性等。7.氨基酸的酸碱性质：氨基酸分子含有氨基和羧基，在溶液中呈解离状态。氨基酸是两性电解质，同一种氨基酸在不同pH条件下可以带正电荷、负电荷或净电荷为零。若某种氨基酸在某pH溶液中所带静电荷为零，此时整个分子呈电中性。此时溶液的pH值称为氨基酸的等电点，用pI表示。用K1代表羧基的解离情况，K2代表氨基的解离情况，KR代表R基的解离情况。酸性氨基酸：PI=1/2（PK1+PKR)，碱性氨基酸：PI=1/2（PK2+PKR）。等电点的测定：在不同pH值溶液中对氨基酸进行电泳，样品在电场中不迁移时的电泳缓冲液的pH值为氨基酸的等电点。（蛋白质的等电聚焦电泳：在电泳时让凝胶中产生pH梯度，蛋白质样品在相当于该蛋白质等电点的pH值位点不再移动，凝集成一条带。组氨酸是生理条件下唯一具有明显的缓冲作用的氨基酸。8.氨基酸的立体化学：除甘氨酸外，常见氨基酸的α-碳原子是一个不对称碳原子，即手性碳原子。9.生物化学中立体异构的命名是根据绝对构型来命名的，不是由旋光性。L和D指的是四个基团的空间相对位置，与旋光值正负没有关系，旋光值正负是由旋光仪来测定的。10.氨基酸的吸收光谱：酪氨酸Trp280nm，色氨酸Tyr275nm，苯丙氨酸Phe257nm。（主要是酪氨酸吸收，所以蛋白质的吸光值一般认为280nm）11.氨基酸的重要化学反应：茚三酮反应：弱酸性条件下，氨基酸脱氨脱羧，还原茚三酮，生成蓝紫色产物水合茚三酮。（脯氨酸的茚三酮反应呈黄色）Sanger反应：在弱碱性条件下，氨基酸的α氨基与2,4二硝基氟苯反应生成二硝基苯氨基酸（肽链就生成2,4二硝基苯肽），然后用酸水解，所有氨基酸都被解离下来，只有α氨基端的氨基酸因为连有疏水基团所以溶于乙酸乙酯（黄色的），所以可以用乙酸乙酯进行抽提，并用标准液进行对照，确定氨基端具体是哪种氨基酸。Edman降解反应：苯异硫氰酸酯和N末端氨基酸反应，使其脱去，暴露出新的N末端，所以可用于蛋白质N末端氨基酸的测定以及氨基酸序列的分析测定。肽1.一个氨基酸分子的α氨基与另一个氨基酸分子的α羧基脱去一分子水形成的酰胺键称为肽键。肽是氨基酸通过肽键连接形成的线性聚合物（十个以下的叫做寡肽）2.肽的命名：按照由N端到C端的氨基酸残基的排列顺序进行命名。也可以根据其生物功能进行命名。3.天然活性多肽：谷胱甘肽，还原型谷胱甘肽是三肽，氧化时两个巯基脱氢成为二硫键，在体内作为氧化还原缓冲剂，起到抗氧化、抗自由基的作用，能够清除正常有氧代谢和生长中产生的对机体有毒性的氧化性物质。谷胱甘肽(GSH）可以维持蛋白质中的半胱氨酸残基维持还愿态，维持血红蛋白中的铁元素处于亚铁态。另外催产素、加压素（抗利尿激素）、缬氨霉素等抗生素也是天然活性肽。4.肽平面：肽键的四个原子形成的共振杂化体。C-N键具有部分双键的性质。肽键的四个原子加上与之相连的两个α碳原子共处一个平面，称为肽平面。α-碳原子是肽平面间的连接点。5.蛋白质的分子结构：一级结构：蛋白质的一级结构是蛋白质中氨基酸的排列顺序。蛋白质的一级结构是蛋白质分子结构的基础，包含了蛋白质的全部结构信息。最早完成的一极结构测定：Sanger，胰岛素，Edman降解反应。蛋白质一级结构测定前的准备工作：①纯化②测定分子量来确定氨基酸数目③断裂二硫键④分离纯化肽链或亚基⑤水解肽链以测定其氨基酸组成一级结构的序列测定：①至少用两种方法，将肽链断裂成小肽段，得到两套肽段；②用蛋白质自动测序仪测定肽段中的氨基酸序列；③重建多肽结构，利用两套肽链的重叠部分，确定每个小肽段在整个肽链中的位置；③确定二硫键的位置、酰胺的位置一级结构测定的具体方法介绍：测序：Sanger法和Edman法最常见，另外有新兴的方法：丹磺酰氯法：与Sanger法类似，但它紫外线下自带荧光，不需提取，灵敏度高；氨肽酶法：可以从N末端逐个水解氨基酸，但水解速度不稳定，很难判断哪个先水解出来，所以局限性大。还有高端的可以从C末端开始：肼解法、还原法（使C-末端氨基酸与众不同）、羧肽酶法。二硫键断裂：氧化或还原。氧化：用过甲酸氧化使其断裂，肽链有伤；还原；β-巯基乙醇还原使得二硫键形成两个巯基，但这样可能会变回二硫键，所以一般在还原后使用碘乙酸等氧化剂对其进行巯基封闭。二硫键位置的确定：胃蛋白酶将肽链水解成小肽段；对小肽段进行对角线电泳，含有二硫键的片段，在被过甲酸蒸汽熏蒸后产生两个不同肽段，就会偏离对角线。将这两个肽段分离出来并分别测序，就可以得到二硫键的位置。肽链的断裂方法：酶解法：胰蛋白酶专一性强，切割得到的肽段大小合适。化学断裂法溴化氰能专一性断裂Met甲硫氨酸的羧基参与的肽键，专一性好，常用。现代新方法：基因序列辅助蛋白质测序，但不能完全替代。蛋白质一级结构举例：胰岛素（两条链，两个二硫键），牛胰核糖核酸酶（一条链，四对二硫键）二级结构1.蛋白质的二级结构是指肽链主链有规律的折叠和盘绕，是肽链主链局部的空间构象，不涉及侧链构象和整个肽链的空间构型。维系二级结构的主要作用力是肽链上氨基酸残基非侧链基团之间形成的氢键。2.多肽链主链构象的空间限制：①肽平面是刚性平面，是一个共振杂化体，不能随意转动（而且肽平面以反式构象为主）；②二面角φ、ψ、ω不是任意的。三种重复单键N-Cα-C-N存在三种二面角，分别记为φ、ψ、ω，其中φ、ψ可以有范围地运动（很多角度组合是不允许的，如0度，0度），而ω一般就是180度，因为肽平面一般都是反式构象。拉氏构象图：用于判断哪些φ、ψ所决定的主链构象能稳定存在于蛋白质中，如今已成为蛋白质结构模型的验证。3.二级结构的类型：二级结构包括α螺旋、β折叠、转角、无规卷曲等，被称为构象单元。α螺旋：蛋白质中最常见，又叫3.613螺旋。参数：每圈螺旋由3.6个氨基酸构成，螺旋半径0.23nm，每圈上升0.54nm，第n个氨基酸的酰基与第n+4个氨基酸的氨基形成氢键，氢键的取向与中心轴几乎平行，氢键稳定了螺旋的结构；，R基团处于螺旋的外侧，其形状、大小和电荷均影响螺旋的形状。β折叠：较伸展的方式，肽链按层排列。平行式β折叠股中两个氨基酸的轴心距为0.325nm，反平行β折叠股是0.35nm.侧链基团交替分布在折叠片的两侧，所有肽键都参与链间氢键的交联，氢键取向与折叠的长轴近乎垂直，氢键的存在稳定了折叠片。脯氨酸因为不能参与氢键的形成，所以同样不利于β折叠的形成。转角：球形蛋白得以形成的重要结构，由少数几个氨基酸构成的突环结构称为转角，β转角是最常见的转角（Ⅱ型转角不稳定，因为中间肽平面的酰基氧和相邻两个氨基酸的侧链基团在同一方向，所以第三个氨基酸一般要是甘氨酸才稳定），脯氨酸常出现在β转角中，一般出现在第二个氨基酸的位置，其环化侧链和固定的φ角有利于β转角的形成；β转角含有相当比例的极性氨基酸，所以常出现在蛋白质分子表面。无规卷曲：没有规律性的主链骨架结构，具有较大的任意性，但也具有特定的结构。超二级结构1.在各种作用力的平衡下，若干相邻的二级结构单元组合在一起，相互作用形成有规则的，在空间上可辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件，称为超二级结构，也称模体。2.常见的超二级结构：αα组合：两个反向平行的α螺旋缠绕形成的复绕螺旋，也称超螺旋结构，存在于许多角蛋白中；ββ组合，也叫β发夹；βαβ组合，是最常见的，两个β折叠股通过两个小肽段连接在一个α螺旋上；蛋白质的结构域1.概念：对于较大的蛋白质分子，多肽链往往形成几个紧密的球形构象，这些球状结构之间以松散的肽链相连接，这些球形构象被称为结构域。2.这种装配方式使得蛋白质结构域之间可以做较大幅度的相对运动，有利于蛋白质功能的实现。结构域之间的肽链容易被水解而使结构域分离开，说明结构域是相对稳定的结构。3.常见的结构域：全α结构域，全β结构域，α/β相间排列，α、β混合排列。蛋白质的三级结构概念：蛋白质的三级结构是指蛋白质分子或亚基内所有原子的空间排布，但是不包括亚基间或分子间的空间排布。蛋白质折叠时，疏水残基常分布在分子内部，形成疏水核，而极性侧链的氨基酸残基常分布在分子表面。维持蛋白质三级结构的作用力：氢键、离子键，范德华力，疏水相互作用，二硫键，配位键蛋白质的四级结构概念：具有三级结构的球状蛋白质以共价键相互缔合，形成一个高度有序的功能聚合体，称为蛋白质的四级结构四级结构包括：亚基种类、亚基数目、空间排布、亚基间相互作用，但不再考虑亚基本身的构象。一个亚基：单体蛋白；少数几个亚基：寡聚蛋白或称寡聚体；多个亚基：多聚蛋白或称多聚体。具有四级结构的蛋白质结构、功能更复杂，可以实现更加复杂的代谢调控。纤维状蛋白纤维状蛋白在生物体内常作为结构成分，例如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝心蛋白，不溶于水和稀盐溶液。α角蛋白：组成毛发的主要蛋白质，两条α螺旋形成左手超螺旋，多个超螺旋形成原纤丝，4条原纤丝再形成微纤丝；丝心蛋白属于β角蛋白，主要由β折叠片按层排列组成，不具弹性，但具有柔软的韧性和好的抗张能力；胶原蛋白：结缔组织的主要成分，占哺乳动物体内总蛋白含量的25%-30%，具有好的抗张能力，保护骨骼和关节，由三股左手螺旋构成右手超螺旋，Gly甘氨酸的比例非常大，链间氢键能稳定胶原蛋白的结构。蛋白质结构与功能的关系一级结构与分子病：镰刀形细胞贫血症：甘氨酸突变为缬氨酸，使得Hbs在缺氧条件下形成刚性纤维，一级结构与生物进化：同源蛋白质的序列对比可以判断生物的亲缘关系。例如细胞色素c（Cytc）是线粒体电子传递链的组成成分，存在于所有需氧生物中，通过对其序列比较，可以得出系统进化树。所以，一级结构是蛋白质功能的最终决定者，空间结构是蛋白质功能的直接承担者。血红蛋白的氧结合具有协同性，所以其氧结合曲线是S型的而不是双曲线。朊病毒：蛋白质侵染颗粒，α螺旋变为β折叠。（构象病）蛋白质组学：以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，对不同时间和空间上发挥功能的特定的蛋白质组进行研究。蛋白质的重要性质1.蛋白质具有胶体性质，分子直径2-20nm，表面亲水氨基酸残基形成水化层，不易靠拢；一定的pH条件下蛋白质分子带同种电荷，